Teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion)

WANIBESAKc - Dalam pembentukan ikatan kovalen, jumlah maksimum atom yang dapat diikat oleh suatu atom adalah sama dengan jumlah elektron valensinya. Walaupun demikian terkadang tidak semua elektron digunakan untuk berikatan dengan elektron atom lain. Elektron yang tidak digunakan ditulis sebagai pasangan elektron bebas (PEB), sedangkan elektron yang digunakan dalam pembentukan ikatan ditulis sebagai pasangan elektron ikatan (PEI). Selain PEB dan PEI pada atom pusat terdapat pula elektron tidak berpasangan seperti pada molekul NO₂. Elektron-elektron tersebut akan saling tolak-menolak karena memiliki muatan yang sama. Urutan kekuatan gaya tolak yang terjadi sebagai berikut

.

PEB-PEB > PEB-PEI > PEI-PEI

Keterangan

• ·         Gaya tolak antar sesama elektron bebas (PEB vs PEB)
• ·         Gaya tolak antara pasangan elektron bebas dengan elektron ikatan (PEB vs PEI)
• ·         Gaya tolak antar pasangan elektron ikatan (PEI vs PEI).

Teori yang digunakan untuk mempelajari gaya tolak antar sesama elektron valensi disebut teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion, Teori Tolakan Pasangan Elektron Valensi) yang dikembangkan oleh R.G. Gillespie dan Nylholm pada tahun 1970.  Teori VSEPR disebut juga teori domain elektron.

Seperti yang diketahui bahwa berdasarkan asas ketidakpastian Heisenberg posisi elektron tidak dapat ditentukan secara pasti. Oleh sebab itu, elektron-elektron tersebut dapat dianggap sebagai awan muatan elektron yang menempati daerah tertentu disekitar inti atom. Daerah kulit valensi yang ditempati oleh awan elektron inilah yang disebut domain elektron (electron domain). Dikenal 2 jenis domain elektron dalam suatu molekul yakni:

1.      Domain pasangan elektron bebas. Satu pasang elektron bebas disebut satu domain.

2.      Domain pasangan elektron ikatan. Satu ikatan tunggal, ikatan rangkap maupun ikatan ganda disebut satu domain.

Teori VSEPR menyatakan “pasangan-pasangan elektron (PEB dan PEI) disekitar atom pusat akan mengatur diri sedemikian rupa hingga tercapai gaya tolak yang minimum”.

Menggunakan teori VSEPR, geometri suatu molekul mudah ditentukan. Geometri molekul ditentukan oleh jumlah ikatan dan sudut ikatan. Pasangan elektron bebas (PEB) tidak menentukan geometri molekul namun keberadaannya dapat memperkecil sudut ikatan. Hal ini disebabkan gaya tolak PEB lebih kuat dibanding gaya tolak PEI.

Geometri molekul dapat diramalkan dengan cepat melalui struktur Lewis. Struktur ini dapat menggambarkan bagaimana elektron tersusun pada suatu atom yang berikatan. Sebagai contoh adalah ikatan kovalen pada molekul HCl. Struktur Lewis juga dapat menggambarkan jumlah pasangan elektron bebas dan jumlah pasangan elektron ikatan yang berada disekitar atom pusat.

Dalam teori VSEPR tipe molekul ditulis menggunakan notasi VSEPR. Pada notasi VSEPR atom pusat dilambangkan dengan A, jumlah atom yang diikat atau jumlah pasangan elektron ikatan (PEI) dilambangkan dengan X dan jumlah pasangan elektron bebas atom pusat dilambangkan dengan E.

Berdasarkan jumlah ikatannya, terdapat 5 bentuk molekul yang dianggap sebagai bentuk dasar yaitu bentuk linier, segitiga planar, tetrahedral, trigonal bipiramidal dan oktahedral. Bentuk molekul-molekul yang lain dianggap sebagai turunan dari kelima bentuk tersebut. Bentuk dari lima bentuk molekul dasar serta bentuk molekul yang diperoleh jika terdapat pasangan elektron bebas disajikan pada Tabel berikut ini.

Jumlah Domain	Jumlah PEI	Jumlah PEB	Notasi VSEPR	Bentuk Molekul			Contoh Molekul
				Nama (sudut ikatan)	Geometri molekul
2	2	0	AX2	Linier			CO2, BeCl2
3	3	0	AX3	Segitiga Planar atau trigonal planar			BF3, CO32-, COF2
	2	1	AX2E	Planar bentuk V			SO2, NO2-
4	4	0	AX4	Tetrahedral			CH4, SiF4
	3	1	AX3E	Piramida trigonal			NH3, XeO3, ClO3-
	2	2	AX2E2	Planar bentuk V			H2O, SF2, ICl2
5	5	0	AX5	Bipiramidal trigonal			PF5, PCl5, SOF4
	4	1	AX4E	Seesaw atau tetrahedral terdistorsi			SF4, TeCl4, ICl4+
	3	2	AX3E2	Planar bentuk T			ClF3, BrF3
	2	3	AX2E3	Linear			XeF2, I3-
6	6	0	AX6	Oktahedral			SF6
	5	1	AX5E	Piramida segiempat			BrF5
	4	2	AX4E2	Segiempat planar atau bujursangkar			XeF4, ICl4-

Keterangan:

PEI       =   pasangan elektron ikatan

PEB     =   pasangan elektron bebas

A         =   atom pusat

X_n        =   jumlah atom yang diikat atom pusat

E_m  =   jumlah pasangan elektron bebas

Dalam suatu molekul terdapat atom pusat dan substituen. Substituen merupakan atom-atom atau gugus-gugus yang terikata pada atom pusat. Menentukan suatu bentuk suatu molekul atau ion poliatomik menggunakan teori VSEPR dapat diawali dengan menggambar struktur Lewisnya. 
Langkah-langkah yang digunakan untuk meramal bentuk molekul sebagai berikut.

• 1.      Menulis konfigurasi elektron masing-masing atom penyusun molekul untuk mengetahui elektron valensinya

• 2.      Gambarkan strutur Lewis masing-masing atom

• 3.      Menentukan atom pusat.

• 4.      Satu elektron dari substituen dipasangkan dengan satu elektron dari atom pusat sehingga membentuk pasangan elektron ikatan (PEI). Perlu diperhatikan bahwa, bahwa jumlah elektron atom pusat tidak selalu memenuhi kaidah oktet. Jika masih terdapat substituen dan masih terdapat elektron bebas pada atom pusat, maka semuanya harus dipasangkan.

• 5.      Jika semua susbtituen telah dipasangkan dengan elektron atom pusat dan masih terdapat elektron yang tidak berpasangan, maka elektron tersebut tetap ditulis pada atom pusat sebagai elektron bebas atau pasangan elektron bebas (PEB) atau dipasangkan dengan satu elektron dari substituen membentuk ikatan rangkap dua atau ganda tiga.

• 6.      Jika berupa ion poliatomik, maka setelah semua substituen dipasangkan kurangi  elektron jika ion bermuatan positif dan tambahkan elektron jika ion bermuatan negatif.

• 7.      Menentukan bentuk molekul serta memperkirakan besar sudut-sudut ikatan disekitar atom pusat agar diperoleh bentuk dengan tolakan pasangan elektron minimum.

Contoh Soal

Tentukan bentuk dari molekul-molekul berikut ini:

a. CO₂                                     

b. H₂O                                    

c. PCl₅

Penyelesaian

a.      Molekul karbondioksida, CO₂

Seperti pada penentuan struktur Lewis molekul, atom pusat biasanya ditulis didepan rumus molekul atau atom yang jumlahnya paling sedikit. Jadi dalam CO₂ yang bertindak sebagai atom pusat adalah karbon (C) dan atom O sebagai substituen.

Pada langkah 7 dengan memperhatikan tolakan antar pasangan elektron ikatan, maka dapat diprediksi bahwa molekul CO₂ berbentuk linier agar tolakan antar ikatan C=O minimum. Jadi CO₂ berbentuk linier dengan sudut 180°.

b.      Molekul air, H₂O

Dalam molekul H₂O, yang bertindak sebagai atom pusat adalah atom O. Atom H tidak pernah bertindak sebagai atom pusat karena ukurannya yang sangat kecil.

     

     

Agar tolakan antar pasangan elektron minimum maka kedua PEB dan PEI berada pada sisi yang sama atau berdekatan. Namun karena tolakan antar PEB lebih kuat dibanding tolakan PEI maka PEB membutuhkan ruang yang lebih luas dibanding PEI. Akibatnya molekul H₂O berbentuk V dan karena adanya desakan dari PEB sudut ikatan H-O-H 104,5° lebih kecil dari sudut iktan tetrahedral (109,5°).

d.      Molekul Fosfor(V) Fluorida PF₅

Elektron valensi fosfor 5, sehingga dapat membentuk 5 ikatan dengan atom lain. Agar tolakan lima ikatanP-F minimum maka posisinya mengarah pada pojok-pojok trigonal bipiramidal. Bentuk molekul PF₅ adalah trigonal bipiramidal. Ikatan P-F yang tegak disebut ikatan aksial (A), sedangkan ikatan P-F yang posisinya mendatar disebut ikatan ekuatorial (E). Tolakan antar PEI menyebabkan ikatan P-F aksial lebih panjang dibanding ikatan P-F ekuatorial.  Hal ini disebabkan ikatan P-F aksial mempunyai 3 tolakan dari 3 ikatan P-F yang lain, sedangkan ikatan P-F ekuatorial hanya memiliki 2 tolakan dari ikatan P-F yang lain. Ikatan aksial selalu lebih panjang dibanding ikatan ekuatorial berlaku untuk semua molekul yang memiliki bentuk trigonal bipiramidal dan atom pusatnya  mengikat susbstituen yang sama.

Uji Kompetensi

1. Berapa jumlah atom yang diikat oleh atom pusat dalam molekul yang memiliki geometri:

(a) Linear                                           (d) Bujur sangkar

(b) Trigonal planar                             (e) Trigonal bipiramidal

(c) Tetrahedral                                   (f) Oktahedral

2. Tentukan jumlah pasangan elektron bebas (PEB) dan pasangan elektron ikatan (PEI) dari molekul berikut:

(a) BCl₃                                             (d) Br₂

(b) SCl₆                                              (e) NH₄

(c) CH₂

3. Gunakan langkah-langkah seperti yang telah dijelaskan di atas untuk menentukan bentuk molekul untuk senyawa-senyawa berikut berikut.

(a) BeCl2 (b) BF3 (c) SO2 (d) Cl4 (e) NH3

(f) H2O (g) ICl2 (h) PF5 (i) SF4 (j) BrF3

(k) XeF2 (l) SF6 (m) BrF5 (n) XeF4